CN102202808B - 高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材、其制造方法和评价方法 - Google Patents

高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材、其制造方法和评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种迄今为止没有的高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材、其制造方法和评价方法。一种碳钢线材，其中，碳含量为0.50～1.10质量％的碳钢线材(1)的横截面(12)的表层部(13)的硬度与纵截面(2)的表层部(3)的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)、和横截面(12)的中心部(14)的硬度与纵截面(2)的中心部(4)的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)均满足下式：0.9＜系数X≤1.10所表示的关系，且该碳钢线材具有4000MPa以上的拉伸强度。

Description

高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材、其制造方法和评价方法
技术领域
本发明涉及高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材、其制造方法和评价方法。
背景技术
对于充气轮胎、工业用传送带等橡胶制品而言，为了使其轻量化、提高耐久性，要求作为增强构件使用的钢丝帘线具有高拉伸强度和优异的耐疲劳性。另外，目前，为了在减少使用的钢丝帘线的用量的同时实现与现状同等的轮胎强度，要求提高作为补强构件的钢丝帘线的单钢丝一根一根的拉伸强度。
为了应对该要求，从各种观点出发进行了大量研究、报道，已知对于实现高拉伸强度来说，提高钢线材的延展性是重要的。因此，为了实现高拉伸强度而对钢线材的延展性等特性进行评价，例如，在以硬度评价碳钢线材的延展性等特性的情况下，在现有方法中采用了使用在横截面的硬度分布来进行评价的手法。
例如，专利文献1中公开了一种高强度钢线，通过高碳钢线材的钢线中的硬度分布在R＝0、R＝0.8、R＝0.95时满足0.960≤HV≤1.030的条件(关于R，将钢线的半径设为r0、钢线的任意的位置与中心的距离设为r时，R＝r/r0；关于HV，将R＝0.5的位置的硬度设为HV0.5、位置R的硬度设为HVR时，HV＝HVR/HV0.5)，由此能够实现高强度。另外，专利文献2中报道了以下内容：使高碳钢线材的线截面的维氏硬度分布从表面至除去了线直径的四分之一以内的中心部的内部实质上平坦，由此可以获得超高强度和高韧性。
另外，还提出了各种在最终湿式拉丝工序中用于实现高延展性、高耐疲劳性的制造方法。例如，专利文献3中报道了以下内容：为了利用通用的钢丝帘线用线材也可以获得高品质的钢线，对于钢丝帘线的原料线材，通过所施加的加工应变将最终拉丝工序的各断面收缩率分别调整到规定范围内。另外，专利文献4中报道了以下内容：为了得到具有高扭转延展性的高拉伸强度的钢丝，在最终湿式拉丝工序中，使各拉模的断面收缩率为约15％～约18％的一定的断面收缩率，以此进行拉丝加工。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-156514号公报(权利要求书等)
专利文献2：日本特开平8-311788号公报(权利要求书等)
专利文献3：日本特开平7-305285号公报(权利要求书等)
专利文献4：日本特开平5-200428号公报(权利要求书等)
发明内容
发明要解决的问题
但是，现有的方法在实现高碳钢线材的高拉伸强度化方面并不完全充分。例如，可以认为横截面的硬度由于受到皱状纹理(curled grain，珠光体组织因拉丝而破碎的组织)的影响，根据测定部位不同而容易产生差异，偏差增大，对于评价特性而言缺乏可靠性。因此，在专利文献1、专利文献2中，也由于仅对经拉丝加工后的金属线材的横截面进行硬度分布的评价，因此是在未考虑皱状纹理组织的偏差的情况下进行的评价，对于评价其特性而言并不完全充分。
另外，即使像专利文献3、专利文献4那样，在最终拉丝工序中为了获得高延展性、高耐疲劳性等而仅对拉模的断面收缩率(加工量)进行调整，也由于实际加工时的拉丝条件不仅受断面收缩率影响，还受拉模/线间的摩擦的状态、钢材的拉伸强度等影响，因此作为高延展性、高耐疲劳性的钢丝帘线的制造方法而言依然并不完全充分。
因此，本发明的目的在于提供一种迄今为止没有的高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材、其制造方法和评价方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的碳钢线材的特征在于，碳含量为0.50～1.10质量％的碳钢线材的与长度方向垂直的截面(横截面)的表层部的硬度与长度方向的截面(纵截面)的表层部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)、和所述横截面的中心部的硬度与所述纵截面的中心部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)均满足下式：
               0.9＜系数X≤1.10
所表示的关系，且该碳钢线材具有4000MPa以上的拉伸强度。
另外，本发明的碳钢线材的制造方法的特征在于，在制造上述本发明的碳钢线材时，在最终湿式拉丝工序中，利用各拉模对碳含量为0.50～1.10质量％且具有珠光体组织的碳钢线材进行拉丝加工时，由拉模阻力和拉模的出口线径构成的下式：
系数A＝(拉模阻力(kgf)/拉模出口线径(mm)2)
所表示的系数A超过95的拉模的个数为2个以下，在最终湿式拉丝工序中施加大于2.5的加工应变ε。
本发明的制造方法中，在最终湿式拉丝工序中，所有的拉模的系数A优选为90以下。
进而，本发明的碳钢线材的延展性评价方法的特征在于，在评价碳钢线材的延展性时，通过该碳钢线材的与长度方向垂直的截面(横截面)的表层部的硬度与长度方向的截面(纵截面)的表层部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)、和所述横截面的中心部的硬度与所述纵截面的中心部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)是否均满足下式：
              0.9＜系数X≤1.10
所表示的关系来对延展性进行评价。
发明的效果
根据本发明，能够得到一种迄今为止没有的高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材。另外，能够恰当地评价碳钢线材的延展性，能够可靠地得到延展性良好的碳钢线材。
附图说明
图1中，(A)为示出钢线材的纵截面的硬度测定部位的说明图。(B)为示出钢线材的横截面的硬度测定部位的说明图。
图2为用于测定互扣强度保留率的说明图。
图3为示出实施例1～3和比较例1、2的横截面硬度/纵截面硬度即系数X(中心部)、以及横截面硬度/纵截面硬度即系数X(表层部)的关系的图表。
图4为作为道次方案(pass schedule)示出各道次(pass)与系数A的关系的图表。
附图标记说明
1  钢线材
2  纵截面
12  横截面
3、13  表层部
4、14  中心部
21  钢线材
22  夹钳
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式进行具体说明。
本发明的碳钢线材是碳含量为0.50～1.10质量％、优选为0.85～1.10质量％的高碳钢线材。若碳含量低于0.50质量％，则容易析出先共析铁素体(proeutectoid ferrite)，从而导致金属组织的不均匀，另外用于获得高强度的总拉丝加工量增大。另一方面，若碳含量超过1.10质量％，则晶粒界面容易析出先共析渗碳体(proeutectoid cementite)，从而导致金属组织的不均匀。
另外，对于本发明的碳钢线材而言重要的是，碳钢线材的与长度方向垂直的截面(横截面)的表层部的硬度与长度方向的截面(纵截面)的表层部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)、和所述横截面的中心部的硬度与所述纵截面的中心部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)均满足下式：
              0.9＜系数X≤1.10
所表示的关系。
在拉丝后的碳钢线材中，纵截面硬度不受皱状纹理的影响，硬度由片晶(lamella)的排列而决定，因此可以无偏差地进行评价。由此，认为通过以纵截面的硬度为基准来评价其与横截面硬度之比即系数X，能够更妥善地进行特性值评价，从而实施了评价试验，结果确认到：在线材中心部的硬度比即系数X大于0.90时，会得到延展性良好的碳钢线材。因此，使下限为0.90。另一方面，关于上限值，评价试验的结果为：在线材表层部的硬度比即系数X为1.04时，会得到延展性最好的碳钢线材，在系数X为1.10时也会得到良好的延展性，因此使上限值为1.10。
这里，纵截面硬度是在图1的(A)所示的碳钢线材1的截面2中，在表层部3和中心部4处测定的，另外，横截面硬度是在图1的(B)所示的碳钢线材1的截面12中，在表层部13和中心部14处测定的。作为该硬度，例如，可以适宜采用维氏硬度。
另外，在本发明的碳钢线材中，能够实现4000MPa以上的拉伸强度，由此能够在减少所使用的钢丝帘线的用量的同时实现与现状同等的轮胎强度。
接下来，对上述的本发明的碳钢线材的制造方法进行说明。在本发明的制造方法中重要的是，在最终湿式拉丝工序中，利用各拉模对碳含量为0.50～1.10质量％且具有珠光体组织的碳钢线材进行拉丝加工时，由拉模阻力和拉模的出口线径构成的下式：
系数A＝(拉模阻力(kgf)/拉模出口线径(mm)2)
所表示的系数A超过95的拉模的个数为2个以下，在最终湿式拉丝工序中施加超过2.5的加工应变ε，优选的是，使得所有的拉模的系数A为90以下。
如本发明那样，在最终湿式拉丝工序中，不仅评价断面收缩率而且评价上述系数A，由此能够进行网罗了钢材种类、拉伸强度、线径、摩擦系数等所有拉丝条件的评价。其结果，能够表示包含了影响钢丝帘线的品质、物性的所有因子的条件，与迄今为止的仅仅是断面收缩率的条件相比，能够表示更具体的拉丝条件。
在本发明中，使该系数A超过95的拉模的个数为2个以下的原因在于，若以超过上述个数的拉丝条件进行拉丝加工，则由于加工量、摩擦的关系，钢材的组织变脆，延展性和耐疲劳性降低。另一方面，对于系数A的下限而言，若过低的话，则利用拉模的拉丝加工变得不均匀，因此优选的是，第3个拉模及其后的拉模的系数A为30以上。
另外，前述比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)满足下式：
                0.9＜系数X≤1.10
所表示的关系时，特别优选在加工应变超过2.5的情况下满足上述关系，所述加工应变下，在最终湿式拉丝工序中珠光体组织在拉丝方向上取向、在横向组织中致密地形成皱状纹理。需要说明的是，加工应变ε由下式求得：
                 ε＝2·ln(D0/D1)
(式中，D0表示拉丝加工入口侧的钢线材的直径(mm)，D1表示拉丝加工出口侧的钢线材的直径(mm))。
另外，本发明的碳钢线材的延展性评价方法在评价碳钢线材的延展性时，通过该碳钢线材的与长度方向垂直的截面(横截面)的表层部的硬度与长度方向的截面(纵截面)的表层部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)、和前述横截面的中心部的硬度与前述纵截面的中心部的硬度之比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)是否均满足下式：
               0.9＜系数X≤1.10
所表示的关系来对延展性进行评价。
如上所述，通过评价硬度比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)，选择具有上述范围内的值的碳钢线材，能够可靠地得到延展性良好的碳钢线材。
此外，作为拉模的形状，可以使用钢线材的拉丝中通常使用的形状，例如可以使用工作锥角(approach angle)为8°至12°、定径带长度为0.3D至0.6D左右的拉模。另外，拉模的材质也不限于烧结金刚石拉模等，还可以使用低成本的超硬合金拉模。
另外，作为供于拉丝加工的钢线材，优选使用均匀性良好的高碳钢线材，为了在抑制钢线材表层部的脱碳的同时形成先共析渗碳体、先共析铁素体或贝氏体等的混杂量少且均匀的珠光体组织，优选进行热处理。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行说明。
对下述表1和2所示的种类的高碳钢线材进行干式拉丝直至分别达到该表所示的直径。对所得钢线材实施退火热处理和镀黄铜，制造镀黄铜钢线材。以表1和2所示的各道次方案对所得镀黄铜钢线材进行拉丝，分别制造该表所示的直径的钢线。
其中，在拉丝时，使用锥角为约12°且定径带长度为约0.5D的超硬合金拉模和滑动式的湿式连续拉丝机。
作为最终拉丝工序中的拉丝条件，如下述表1和2所示，改变条件进行拉丝，并进行下述物性评价，其中，有上述系数A超过95的拉模个数为0个的碳钢线材(实施例1～3)、为8个的碳钢线材(比较例1)、和为3个的碳钢线材(比较例2)。
(拉伸强度)
基于JIS G3510的拉伸试验，测定待测钢线材的拉伸强度。
(硬度)
使用Mitutoyo Corporation制造的维氏硬度测定器(型号：HM-211)对待测钢线材的纵截面和横截面的表层部和中央部的硬度进行测定，求出各比即系数X(横截面硬度/纵截面硬度)。
(互扣强度保留率)
关于待测钢线材的互扣强度保留率，如图2所示，通过测定安装于夹钳22上的待测钢线材21的拉伸强度和互扣强度，从而以互扣强度保留率＝((互扣强度)/(拉伸强度)×100)求出。重复进行10次该测定。
所得到的结果示于下述表3。
[表1]
Figure BPA00001357793600091
[表2]
Figure BPA00001357793600101
[表3]
图3中用图表示出了实施例1～3和比较例1、2的横截面硬度/纵截面硬度即系数X(中心部)、与横截面硬度/纵截面硬度即系数X(表层部)的关系。由该图表可知，在实施例1～3中，表层部和中心部的硬度比小。
另外，图4中，作为道次方案，用图表示出了各道次与系数A的关系。由该图表可知，实施例1中系数A超过90的道次仅为3个，没有超过95的道次；另外，在实施例2和3中不存在系数A超过90的道次，与比较例1和2的道次方案明显不同。

Claims (4)

1.一种碳钢线材，其特征在于，碳含量为0.50～1.10质量％的碳钢线材的与长度方向垂直的截面即横截面的表层部的硬度与长度方向的截面即纵截面的表层部的硬度之比即系数X也即横截面硬度/纵截面硬度、和所述横截面的中心部的硬度与所述纵截面的中心部的硬度之比即系数X也即横截面硬度/纵截面硬度均满足下式：
                0.9＜系数X≤1.10
所表示的关系，且该碳钢线材具有4000MPa以上的拉伸强度。
2.一种碳钢线材的制造方法，其特征在于，在制造权利要求1所述的碳钢线材时，在最终湿式拉丝工序中，利用各拉模对碳含量为0.50～1.10质量％且具有珠光体组织的碳钢线材进行拉丝加工时，由拉模阻力和拉模的出口线径构成的下式：
系数A＝(拉模阻力(kgf)/拉模出口线径(mm)2)
所表示的系数A超过95的拉模的个数为2个以下，在最终湿式拉丝工序中施加超过2.5的加工应变ε。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，在最终湿式拉丝工序中，所有的拉模的系数A为90以下。
4.一种碳钢线材的延展性评价方法，其特征在于，在评价碳钢线材的延展性时，通过该碳钢线材的与长度方向垂直的截面即横截面的表层部的硬度与长度方向的截面即纵截面的表层部的硬度之比即系数X也即横截面硬度/纵截面硬度、和所述横截面的中心部的硬度与所述纵截面的中心部的硬度之比即系数X即横截面硬度/纵截面硬度是否均满足下式：
                0.9＜系数X≤1.10
所表示的关系来对延展性进行评价。
CN2009801436157A 2008-10-30 2009-10-30 高强度、延展性和耐疲劳性优异的碳钢线材、其制造方法和评价方法 Expired - Fee Related CN102202808B (zh)

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